JP2555660B2 - Frequency standard - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ この発明は、標準物質の超微細スペクトル遷移を利用
した周波数標準器に関し、特に構成が簡単な周波数標準
器に関するものである。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a frequency standard using hyperfine spectrum transition of a standard substance, and particularly to a frequency standard having a simple structure.
＜従来技術＞ 高安定な周波数出力を発生する周波数標準器として原
子の超微細スペクトル遷移を利用したものが知られてい
る。第４図にこの様な周波数標準器の一例を示す。第４
図において、ルビジウムランプ１の光はRb87が封入され
ている共鳴セル２に照射される。この共鳴セル２の透過
光は光検出器３で検出され、その検出出力は信号増幅器
４で増幅されて同期検出器５に入力される。一方、電圧
制御水晶発振器６の出力は周波数合成器７に入力されそ
の周波数が逓倍される。また低周波発振器８の出力によ
り位相変調される。周波数合成器７の出力はバラクタダ
イオード９を介して共鳴セル２を取囲む空胴共振器10に
入力され、共鳴セル２に電磁波が照射される。同期検波
器５は低周波発振器８の出力で動作され、その出力は積
分器11で積分された電圧制御水晶発振器６に入力され
る。この電圧制御水晶発振器６の出力は周波数標準出力
として取出される。ルビジウムランプ１は駆動部12で駆
動される。<Prior Art> As a frequency standard device that generates a highly stable frequency output, a device using hyperfine spectrum transition of atoms is known. FIG. 4 shows an example of such a frequency standard. Fourth
In the figure, the light of the rubidium lamp 1 is applied to the resonance cell 2 in which Rb 87 is enclosed. The transmitted light of the resonance cell 2 is detected by the photodetector 3, and its detection output is amplified by the signal amplifier 4 and input to the synchronous detector 5. On the other hand, the output of the voltage controlled crystal oscillator 6 is input to the frequency synthesizer 7 and its frequency is multiplied. Further, the phase is modulated by the output of the low frequency oscillator 8. The output of the frequency synthesizer 7 is input to the cavity resonator 10 surrounding the resonance cell 2 via the varactor diode 9, and the resonance cell 2 is irradiated with electromagnetic waves. The synchronous detector 5 is operated by the output of the low frequency oscillator 8, and its output is input to the voltage controlled crystal oscillator 6 integrated by the integrator 11. The output of the voltage controlled crystal oscillator 6 is taken out as a frequency standard output. The rubidium lamp 1 is driven by the drive unit 12.
次にこの周波数標準器の動作を第５図に基づいて説明
する。第５図はRb87のエネルギー準位であり、その基底
状態5SはＦ＝１とＦ＝２の２つの超微細準位に分かれて
いる。ルビジウムランプ１の光を吸収すると、Rb87はＦ
＝１の準位から5Pの励起準位に励起され、そこから等確
率でＦ＝１とＦ＝２の準位におちる。Ｆ＝１の準位にお
ちたRb87はルビジウムランプ１の光にり再度励起準位5P
に励起される。この様にしてＦ＝１の準位にあるRb87は
次第に少なくなりＦ＝２の準位にあるRb87が増加する。
この様な状態において、空胴共振器10にＦ＝１とＦ＝２
のエネルギー差である6.8GHzの電磁波を与えると、Ｆ＝
２の準位にあったRb87は誘導放出によりＦ＝１の準位に
落ち、共鳴セル２による吸収が強くなる。共鳴セル２の
透過光を光検出器３で検出し、この透過光の強度が最小
すなわち吸収光が最大になるように電圧制御水晶発振器
６を制御すると、この電圧制御水晶発振器６の出力周波
数はRb87の超微細準位で規制されるので高安定になる。
なお、周波数合成器７における逓倍率を例えば約1360と
し、5MHzの周波数が得られるようにする。Next, the operation of this frequency standard will be described with reference to FIG. Fig. 5 shows the energy level of Rb 87 , and its ground state 5S is divided into two hyperfine levels of F = 1 and F = 2. When absorbing the light of the rubidium lamp 1, Rb 87 becomes F
It is excited from the level of = 1 to the excitation level of 5P, and from there, falls to the levels of F = 1 and F = 2 with equal probability. Rb 87, which has fallen to the F = 1 level, is excited again by the light of the rubidium lamp 1 and the excitation level is 5P.
Be excited by. Rb 87 in the level of F = 1 in this manner Rb 87 in the level of F = 2 becomes less and less is increased.
In such a state, the cavity resonator 10 has F = 1 and F = 2.
When an electromagnetic wave of 6.8 GHz, which is the energy difference between
Rb 87 , which was at the 2nd level, drops to the F = 1 level by stimulated emission, and the absorption by the resonance cell 2 becomes stronger. When the transmitted light of the resonance cell 2 is detected by the photodetector 3 and the voltage-controlled crystal oscillator 6 is controlled so that the intensity of the transmitted light is minimum, that is, the absorbed light is maximum, the output frequency of the voltage-controlled crystal oscillator 6 is It is highly stable because it is regulated by the hyperfine level of Rb 87 .
The multiplication rate in the frequency synthesizer 7 is set to, for example, about 1360 so that a frequency of 5 MHz can be obtained.
第６図に他の周波数標準器の構成を示す。この例は光
源として半導体レーザを用いたものである。第６図にお
いて、半導体レーザ13の出力光はハーフミラー14で２つ
に分けられ、それぞれRb87共鳴セル15およびRb87吸収セ
ル16に入射される。Rb87吸収セル16の透過光は光検出器
17で検出され、その検出出力は周波数制御手段18に入力
される。周波数制御手段18は半導体レーザ13の出力光の
周波数がRb87の吸収線と一致するようにその周波数を制
御する。Rb87共鳴セル15の透過光は光検出器19で検出さ
れ周波数制御手段20に入力される。周波数制御手段20は
光検出器19が検出する光の強度が最小になるように水晶
発振器21の出力周波数を制御する。水晶発振器21の出力
は標準周波数として取出されると共に周波数逓倍手段22
でその周波数が逓倍され、Rb87共鳴セル15を取囲む空胴
共振器23に入力される。動作原理は第４図と同じなので
説明を省略する。FIG. 6 shows the configuration of another frequency standard. In this example, a semiconductor laser is used as a light source. In FIG. 6, the output light of the semiconductor laser 13 is divided into two by the half mirror 14 and is incident on the Rb 87 resonance cell 15 and the Rb 87 absorption cell 16, respectively. The transmitted light of the Rb 87 absorption cell 16 is a photodetector.
It is detected by 17, and the detection output is input to the frequency control means 18. The frequency control means 18 controls the frequency of the output light of the semiconductor laser 13 so that it coincides with the absorption line of Rb 87 . The transmitted light of the Rb 87 resonance cell 15 is detected by the photodetector 19 and input to the frequency control means 20. The frequency control means 20 controls the output frequency of the crystal oscillator 21 so that the intensity of light detected by the photodetector 19 is minimized. The output of the crystal oscillator 21 is taken out as the standard frequency and the frequency multiplication means 22
Then, the frequency is multiplied and input to the cavity resonator 23 surrounding the Rb 87 resonance cell 15. The principle of operation is the same as in FIG.
＜発明が解決すべき問題点＞ しかしながら、この様な周波数標準器には次のような
問題点がある。第４図の周波数標準器はルビジウムラン
プ１を励起するために大きなパワーが必要であり、また
ランプの寿命が短いという欠点があった。さらに、ルビ
ジウムランプ１の出力光のスペクトル幅が広いので、短
期安定性、周波数確度の点で第６図のレーザ励起方式に
比べて劣るという欠点があった。<Problems to be Solved by the Invention> However, such a frequency standard device has the following problems. The frequency standard shown in FIG. 4 has a drawback that a large power is required to excite the rubidium lamp 1 and that the life of the lamp is short. Further, since the spectrum width of the output light of the rubidium lamp 1 is wide, there is a drawback that it is inferior to the laser excitation system of FIG. 6 in terms of short-term stability and frequency accuracy.
第６図の周波数標準器は光源として半導体レーザを用
いているので寿命が長く、また半導体レーザの出力光の
スペクトル幅は狭いので短期安定性、周波数確度共優れ
ている。しかしながらRb87のセルを２つ必要とするの
で、構成が複雑になり、また装置が大きくなるという欠
点があった。The frequency standard in FIG. 6 uses a semiconductor laser as a light source and thus has a long life. Further, since the spectrum width of the output light of the semiconductor laser is narrow, both short-term stability and frequency accuracy are excellent. However, since two Rb 87 cells are required, there are drawbacks that the configuration becomes complicated and the device becomes large.
＜発明の目的＞ この発明の目的は、小型化が可能な周波数標準器を提
供することにある。<Object of the Invention> An object of the present invention is to provide a frequency standard device that can be miniaturized.
＜問題点を解決するための手段＞ 前記問題点を解決するために本発明では、所定の周波
数の光を特定の吸収スペクトルを有する標準物質を封入
した吸収セルに照射し、またこの吸収セルに電磁波を与
えて前記標準物質の超微細スペクトル遷移を生じさせ、
この超遷移スペクトル遷移に基づいて標準周波数を発生
させる周波数標準器において、 半導体レーザと、 それぞれ出力周波数の異なる第１及び第２の発振器
と、 この半導体レーザの出力光を前記第１の発振器の出力
で変調する第１の変調手段と、 前記半導体レーザの出力光が照射されその内部に特定
の吸収スペクトルを有する標準物質を封入したセルと、 この吸収セルと透過光を検出する光検出器と、 電圧制御発振器と、 この電圧制御発振器の出力を前記第２の発振器の出力
で変調する第２の変調手段と、 この第２の変調手段の出力を逓倍して前記吸収セルに
電磁波を与える電磁波発生手段と、 前記光検出器の出力を前記第１の発振器の出力で同期
検波して前記半導体レーザの出力光の周波数を安定化す
る周波数安定化手段と、 前記光検出器の出力を前記第２の発振器の出力で同期
検波して前記電圧制御発振器の出力周波数を制御する周
波数制御手段と を備えたことを特徴とするものである。<Means for Solving Problems> In order to solve the above problems, the present invention irradiates an absorption cell in which a standard substance having a specific absorption spectrum is filled with light having a predetermined frequency, and Giving an electromagnetic wave to cause a hyperfine spectral transition of the standard substance,
A frequency standard device for generating a standard frequency based on this super-transition spectrum transition, comprising: a semiconductor laser; first and second oscillators each having a different output frequency; and an output light of this semiconductor laser being output from the first oscillator. A first modulator that modulates with a light source; a cell that is irradiated with the output light of the semiconductor laser and has a standard substance enclosed therein with a specific absorption spectrum; and a photodetector that detects the absorption cell and transmitted light. Voltage-controlled oscillator, second modulation means for modulating the output of the voltage-controlled oscillator with the output of the second oscillator, and electromagnetic wave generation for multiplying the output of the second modulation means to give an electromagnetic wave to the absorption cell. Means, frequency stabilizing means for synchronously detecting the output of the photodetector with the output of the first oscillator, and stabilizing the frequency of the output light of the semiconductor laser; Frequency control means for synchronously detecting the output of the detector with the output of the second oscillator and controlling the output frequency of the voltage controlled oscillator.
＜実施例＞ 第１図に本発明に係る周波数標準器の一実施例を示
す。第１図において、30は半導体レーザであり、その出
力光は吸収セル31に入射される。吸収セル31には特定の
周波数の光を吸収する標準物質、例えばRb87が封入され
ている。32は光検出器であり、吸収セル31の透過光の強
度を電気信号に変換する。33は前置増幅器であり、光検
出器32の出力を増幅する。34は第１のロックインアンプ
であり、前置増幅器33の出力が入力される。35はPID制
御部であり、第１のロックインアンプ34の出力が入力さ
れる。36は加算器であり、発振器37の出力及びPID制御
部35の出力が入力される。この発振器37の出力はまた第
１のロックインアンプ34に入力される。発振器37と加算
器36で第１の変調手段を構成し、PID制御部35、加算器3
6で周波数安定化手段を構成している。38は第２のロッ
クインアンプであり、前置増幅器33の出力が入力され
る。39はPID制御部であり、第２のロックインアンプ38
の出力が入力される。40は水晶発振器であり、例えば10
MHzの信号を出力する。この水晶発振器40にはPID制御部
39の出力が入力される。41は位相変調器であり、水晶発
振40の出力が入力される。この位相変調器41にはまた発
振器42の出力が入力される。この発振器42の出力はまた
第２のロックインアンプ38にも入力される。43は周波数
合成器であり、位相変調器41の出力が入力される。44は
空洞共振器であり、吸収セル31を取り囲むように配置さ
れている。この空洞共振器44には周波数合成器43の出力
が入力される。発振器42と位相変調器41で第２の変調手
段を、PID制御部39で周波数安定化手段を、周波数合成
器43と空胴共振器44で電磁波発生手段を構成する。<Embodiment> FIG. 1 shows an embodiment of the frequency standard device according to the present invention. In FIG. 1, reference numeral 30 denotes a semiconductor laser, the output light of which is incident on the absorption cell 31. The absorption cell 31 is filled with a standard substance that absorbs light of a specific frequency, for example, Rb 87 . Reference numeral 32 is a photodetector, which converts the intensity of the transmitted light of the absorption cell 31 into an electric signal. A preamplifier 33 amplifies the output of the photodetector 32. The first lock-in amplifier 34 receives the output of the preamplifier 33. Reference numeral 35 is a PID control unit, to which the output of the first lock-in amplifier 34 is input. 36 is an adder to which the output of the oscillator 37 and the output of the PID control unit 35 are input. The output of the oscillator 37 is also input to the first lock-in amplifier 34. The oscillator 37 and the adder 36 constitute the first modulation means, and the PID control unit 35 and the adder 3
6 constitutes the frequency stabilizing means. 38 is a second lock-in amplifier, to which the output of the preamplifier 33 is input. 39 is a PID control unit, and the second lock-in amplifier 38
Is input. 40 is a crystal oscillator, for example 10
Output the MHz signal. This crystal oscillator 40 has a PID controller
39 outputs are input. 41 is a phase modulator to which the output of the crystal oscillator 40 is input. The output of the oscillator 42 is also input to the phase modulator 41. The output of this oscillator 42 is also input to the second lock-in amplifier 38. 43 is a frequency synthesizer to which the output of the phase modulator 41 is input. Reference numeral 44 denotes a cavity resonator, which is arranged so as to surround the absorption cell 31. The output of the frequency synthesizer 43 is input to the cavity resonator 44. The oscillator 42 and the phase modulator 41 constitute the second modulating means, the PID control section 39 constitutes the frequency stabilizing means, and the frequency synthesizer 43 and the cavity resonator 44 constitute the electromagnetic wave generating means.
次に、この実施例の動作を説明する。加算器36には発
振器37の出力が入力され、この加算器36の出力で半導体
レーザ30の駆動電流が制御されるので、半導体レーザ30
の出力光周波数は発振器37の出力周波数である周波数
m1（例えば2kHz）で変調される。この半導体レーザ30の
出力光は吸収セル31に入射されてRb87で吸収され、その
透過光強度が光検出器32により検出される。この光検出
器32の出力は第１のロックインアンプ34で周波数fm1で
同期検波され、半導体レーザ30の出力光の周波数変化信
号のみが分離される。PID制御部35はこの第１のロック
インアンプ34の出力が一定になるように加算器36を介し
て半導体レーザ30の駆動電流を制御するので、半導体レ
ーザ30の出力周波数は吸収セル31に封入されているRb87
の基底状態から5Pの励起状態に遷移させる光周波数にな
るように制御される。一方、水晶発振器40の出力は位相
変調器41で周波数fm2（例えば150Hz）で変調され、周波
数合成器43で6.8GHzに逓倍されて空胴共振器44に加えら
れる。空胴共振器44は吸収セル31に6.8GHzの電磁波を照
射する。この電磁波の周波数は周波数fm2で変調されて
いる。第５図で説明したように、基底状態5SのＦ＝２の
準位にあるRb87は誘導放出によりＦ＝１の準位に落ち、
吸収セル31による半導体レーザ30の出力光の吸収が増加
してその透過光強度が減少する。この透過光の強度は光
検出器32で検出されて第２のロックインアンプ38により
周波数fm2で同期検波される。従って、第２のロックイ
ンアンプ38の出力には空胴共振器44によって吸収セル31
に照射される電磁波に起因する透過光強度の変化分のみ
が分離されて表われる。PID制御部39は第２のロックイ
ンアンプ38の出力が最小、すなわち空胴共振器44によっ
て吸収セル31に照射される電磁波によるＦ＝２からＦ＝
１への誘導放出が最大になるように水晶発振器40の出力
周波数を制御する。すなわち、水晶発振器40の出力周波
数はRb87のＦ＝２からＦ＝１の準位のエネルギー差によ
ってロックされるので高安定になる。この実施例では周
波数fm1とfm2を異ならせることにより、水晶発振器40の
出力周波数の変化と半導体レーザ30の出力光の周波数変
化の２つの情報を分離するようにしたものである。Next, the operation of this embodiment will be described. The output of the oscillator 37 is input to the adder 36, and the drive current of the semiconductor laser 30 is controlled by the output of the adder 36.
The output optical frequency of is the frequency that is the output frequency of the oscillator 37
Modulated at m1 (eg 2kHz). The output light of this semiconductor laser 30 enters the absorption cell 31 and is absorbed by Rb 87 , and the intensity of the transmitted light is detected by the photodetector 32. The output of the photodetector 32 is synchronously detected at the frequency f m1 by the first lock-in amplifier 34, and only the frequency change signal of the output light of the semiconductor laser 30 is separated. Since the PID control unit 35 controls the drive current of the semiconductor laser 30 via the adder 36 so that the output of the first lock-in amplifier 34 becomes constant, the output frequency of the semiconductor laser 30 is enclosed in the absorption cell 31. Rb 87
It is controlled so that the optical frequency is such that it transits from the ground state to the excited state of 5P. On the other hand, the output of the crystal oscillator 40 is modulated at a frequency f m2 (for example, 150 Hz) by the phase modulator 41, multiplied by 6.8 GHz by the frequency synthesizer 43, and added to the cavity resonator 44. The cavity resonator 44 irradiates the absorption cell 31 with an electromagnetic wave of 6.8 GHz. The frequency of this electromagnetic wave is modulated by the frequency f m2 . As explained in FIG. 5, Rb 87 in the F = 2 level of the ground state 5S drops to the F = 1 level by stimulated emission,
The absorption of the output light of the semiconductor laser 30 by the absorption cell 31 increases and the transmitted light intensity decreases. The intensity of the transmitted light is detected by the photodetector 32 and is synchronously detected by the second lock-in amplifier 38 at the frequency f m2 . Therefore, the output of the second lock-in amplifier 38 is applied to the absorption cell 31 by the cavity resonator 44.
Only the change in the transmitted light intensity due to the electromagnetic wave radiated to the object appears separately. The output of the second lock-in amplifier 38 is minimum in the PID control unit 39, that is, F = 2 to F = due to the electromagnetic wave with which the cavity resonator 44 irradiates the absorption cell 31.
The output frequency of the crystal oscillator 40 is controlled so that the stimulated emission to 1 is maximized. That is, the output frequency of the crystal oscillator 40 is highly stable because it is locked by the energy difference between the levels F = 2 and F = 1 of Rb 87 . In this embodiment, the frequencies f m1 and f m2 are made different from each other so that two pieces of information on the change in the output frequency of the crystal oscillator 40 and the change in the frequency of the output light of the semiconductor laser 30 are separated.
第２図に他の実施例を示す。なお、第１図と同じ要素
には同一符号を付し、説明を省略する。この実施例は半
導体レーザの出力光の周波数を変調する手段として音響
光学変調器を用いたものである。第２図において、45は
音響光学変調器であり、半導体レーザ30の出力光が入射
され、その出力光は吸収セル31に入射される。46は発振
器であり、周波数fDの信号を発振する。この信号はスイ
ッチ47を介して音響光学変調器45に印加される。スイッ
チ47は発振器37の出力によって駆動される。音響光学変
調器45はスイッチ47がオンしているときのみ半導体レー
ザ30の出力光の周波数をfnだけシフトする。従って、半
導体レーザ30の出力光の周波数は周波数fm1で変調され
る。動作は第１図と同じなので、説明を省略する。この
ようにすると、半導体レーザ30の出力光の周波数は変調
されないので、光周波数標準として用いる事も出来る。
また、音響光学変調器45の代わりに導波路型位相変調器
やバルク型電気光学素子を用いた位相変調器を用いても
よい。これには例えば縦型変調器、横型変調器、進行波
形変調器等がある。FIG. 2 shows another embodiment. The same elements as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. In this embodiment, an acousto-optic modulator is used as a means for modulating the frequency of the output light of the semiconductor laser. In FIG. 2, reference numeral 45 denotes an acousto-optic modulator, which receives the output light of the semiconductor laser 30, and the output light is incident on the absorption cell 31. 46 is an oscillator, which oscillates a signal of frequency f D. This signal is applied to the acousto-optic modulator 45 via the switch 47. Switch 47 is driven by the output of oscillator 37. The acousto-optic modulator 45 shifts the frequency of the output light of the semiconductor laser 30 by f n only when the switch 47 is on. Therefore, the frequency of the output light of the semiconductor laser 30 is modulated at the frequency f m1 . Since the operation is the same as in FIG. 1, the description will be omitted. In this way, the frequency of the output light of the semiconductor laser 30 is not modulated, so that it can be used as an optical frequency standard.
Further, instead of the acousto-optic modulator 45, a waveguide type phase modulator or a phase modulator using a bulk type electro-optical element may be used. This includes, for example, a vertical modulator, a horizontal modulator, a traveling waveform modulator and the like.
なお、この実施例ではＦ＝２とＦ＝１の準位の誘導放
出を利用したが、電磁波の吸収による光−マイクロ波２
重共鳴信号を用いるようにしてもよい。これを第３図を
用いて説明する。基底状態5SのＦ＝２の準位のRb87は半
導体レーザ30の出力光を吸収して5Pの励起状態に遷移
し、等確率で5SのＦ＝１とＦ＝２の準位に落ちる。ここ
で電磁波を吸収セル31に照射してＦ＝１の準位からＦ＝
２の準位に遷移させるようにする。構成は第１図及び第
２図と同じなので、詳細説明は省略する。In this example, stimulated emission of levels of F = 2 and F = 1 was used, but light-microwave 2 by absorption of electromagnetic waves was used.
The multiple resonance signal may be used. This will be described with reference to FIG. Rb 87 at the F = 2 level of the ground state 5S absorbs the output light of the semiconductor laser 30 and transits to the 5P excited state, and falls to the F = 1 and F = 2 levels of the 5S with equal probability. Here, the electromagnetic wave is applied to the absorption cell 31 and F = from the level of F = 1.
Transition to the 2nd level. Since the structure is the same as that shown in FIGS. 1 and 2, detailed description thereof will be omitted.
また、この実施例では吸収セル31に封入する物質とし
てRb87を用いたが、このほかRb85、Cs133を用いてもよ
い。Rb85の場合は照射する電磁波は3GHz、Cs133の場合
は9.2GHzになる。Further, in this embodiment, Rb 87 is used as the substance sealed in the absorption cell 31, but Rb 85 and Cs 133 may be used instead. For Rb 85 , the electromagnetic wave emitted is 3 GHz, and for Cs 133 , it is 9.2 GHz.
また、電磁波を吸収セルに照射する手段として、空胴
共振器の他に一般のアンテナ等電磁波が出力出来るもの
であれば任意のものが使用出来る。Further, as a means for irradiating the electromagnetic wave to the absorption cell, in addition to the cavity resonator, any antenna such as a general antenna that can output the electromagnetic wave can be used.
また、半導体レーザの出力光の周波数を変化させる手
段としてその温度を制御するようにしてもよい。Further, the temperature may be controlled as a means for changing the frequency of the output light of the semiconductor laser.
さらに、第１のロックインアンプ34、第２のロックイ
ンアンプ38に発振器37、42の出力である周波数fm1、fm2
の信号を入力するようにしたが、その整数倍の周波数を
用いるようにしてもよい。Further, the first lock-in amplifier 34 and the second lock-in amplifier 38 have frequencies f m1 and f m2 which are the outputs of the oscillators 37 and 42.
Although the signal of is input, the frequency may be an integral multiple thereof.
＜発明の効果＞ 以上実施例に基づいて具体的に説明したように、この
発明では吸収セルを１つとして、半導体レーザの出力光
及び吸収セルに照射する電磁波を異なる周波数で変調し
て分離するようにした。その為、光源を半導体レーザと
した事により、ルビジウムランプを使用するものに比べ
てスペクトル幅が狭くなるので短期安定性、周波数確度
が向上し、また寿命を長くする事が出来る。また１つの
吸収セルを用い、電磁波を吸収セルに照射して、電磁波
及び半導体レーザの出力光の周波数を異なる周波数で変
調してこれらの信号を分離するようにした為、大幅に小
型化、簡略化が可能になる。<Effects of the Invention> As specifically described above based on the embodiments, in the present invention, one absorption cell is provided, and the output light of the semiconductor laser and the electromagnetic wave with which the absorption cell is irradiated are modulated at different frequencies and separated. I did it. Therefore, by using a semiconductor laser as the light source, the spectrum width becomes narrower than that using a rubidium lamp, so that short-term stability and frequency accuracy are improved, and the life can be extended. Also, by using one absorption cell, the absorption cell is irradiated with electromagnetic waves, and the frequencies of the electromagnetic waves and the output light of the semiconductor laser are modulated at different frequencies to separate these signals. Becomes possible.
また、吸収セルに照射する光の周波数が変化すると共
鳴周波数がシフトして周波数確度が若千低下するという
欠点はあるが、吸収セルを１つにすることが出来るので
大幅に小型化、簡略化が可能になり、特に２次標準器と
して用いると効果が大きいという特徴がある。Moreover, when the frequency of the light radiated to the absorption cell changes, the resonance frequency shifts and the frequency accuracy decreases, but the number of absorption cells can be reduced to one. Is possible, and is particularly effective when used as a secondary standard.
第１図は本発明に係る周波数標準器の一実施例を示すブ
ロック図、第２図は他の実施例を示すブロック図、第３
図及び第５図は吸収特性を示す特性曲線図、第４図、第
６図は従来の周波数標準器の構成を示すブロック図であ
る。 30……半導体レーザ、31……吸収セル、32……光検出
器、34……第１のロックインアンプ、35,39……PID制御
部、36……加算器、37,42,46……発振器、38……第２の
ロックインアンプ、40……水晶発振器、41……位相変調
器、43……周波数合成器、44……空胴共振器、45……音
響光学変調器、47……スイッチ。FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a frequency standard device according to the present invention, FIG. 2 is a block diagram showing another embodiment, and FIG.
FIGS. 5 and 5 are characteristic curve diagrams showing absorption characteristics, and FIGS. 4 and 6 are block diagrams showing the configuration of a conventional frequency standard. 30 ... Semiconductor laser, 31 ... Absorption cell, 32 ... Photodetector, 34 ... First lock-in amplifier, 35,39 ... PID control unit, 36 ... Adder, 37, 42, 46 ... … Oscillator, 38 …… Second lock-in amplifier, 40 …… Crystal oscillator, 41 …… Phase modulator, 43 …… Frequency synthesizer, 44 …… Cavity resonator, 45 …… Acousto-optic modulator, 47 ……switch.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−171174（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−12620（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−154683（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−24512（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−30327（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−145825（ＪＰ，Ｕ) 実開 平２−32242（ＪＰ，Ｕ) 電気学会論文誌Ｃ，Ｖｏｌ．109−Ｃ, Ｎｏ．１（1989）Ｐ．22−26 横河技報，Ｖｏｌ．33，Ｎｏ．２ （1989）Ｐ．85−88 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) Reference JP 62-171174 (JP, A) JP 64-12620 (JP, A) JP 62-154683 (JP, A) JP 1- 24512 (JP, A) JP-A-1-30327 (JP, A) Actual development 2-145825 (JP, U) Actual development 2-32-242 (JP, U) IEEJ Transactions C, Vol. 109-C, No. 1 (1989) P. 22-26 Yokogawa Technical Report, Vol. 33, No. 2 (1989) P. 85-88
Claims (1)
を有する標準物質を吸収セルに照射し、またこの吸収セ
ルに電磁波を与えて前記標準物質の超微細スペクトル遷
移を生じさせ、この超遷移スペクトル遷移に基づいて標
準周波数を発生させる周波数標準器において、 半導体レーザと、 それぞれ出力周波数の異なる第１及び第２の発振器と、 この半導体レーザの出力光を前記第１の発振器の出力で
変調する第１の変調手段と、 前記半導体レーザの出力光が照射されその内部に特定の
吸収スペクトルを有する標準物質を封入した吸収セル
と、 この吸収セルと透過光を検出する光検出器と、 電圧制御発振器と、 この電圧制御発振器の出力を前記第２の発振器の出力で
変調する第２の変調手段と、 この第２の変調手段の出力を逓倍して前記吸収セルに電
磁波を与える電磁波発生手段と、 前記光検出器の出力を前記第１の発振器の出力で同期検
波して前記半導体レーザの出力光の周波数を安定化する
周波数安定化手段と、 前記光検出器の出力を前記第２の発振器の出力で同期検
波して前記電圧制御発振器の出力周波数を制御する周波
数制御手段と を備えたことを特徴とする周波数標準器。1. A standard substance having a specific absorption spectrum is irradiated with light having a predetermined frequency to an absorption cell, and an electromagnetic wave is applied to the absorption cell to cause a hyperfine spectrum transition of the standard substance. A frequency standard device for generating a standard frequency based on spectrum transition, a semiconductor laser, first and second oscillators each having a different output frequency, and the output light of this semiconductor laser is modulated by the output of the first oscillator. A first modulation means, an absorption cell irradiated with the output light of the semiconductor laser and filled with a standard substance having a specific absorption spectrum therein, a photodetector for detecting the absorption light and transmitted light, and voltage control An oscillator, a second modulating means for modulating the output of the voltage controlled oscillator with an output of the second oscillator, and an output of the second modulating means for multiplying the output. Electromagnetic wave generating means for applying an electromagnetic wave to the collecting cell; frequency stabilizing means for synchronously detecting the output of the photodetector with the output of the first oscillator to stabilize the frequency of the output light of the semiconductor laser; A frequency control means for synchronously detecting the output of the detector with the output of the second oscillator to control the output frequency of the voltage controlled oscillator.
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| JP63001995A JP2555660B2 (en) | 1988-01-08 | 1988-01-08 | Frequency standard |
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| JPH01177719A JPH01177719A (en) | 1989-07-14 |
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-
1988
- 1988-01-08 JP JP63001995A patent/JP2555660B2/en not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 横河技報，Ｖｏｌ．３３，Ｎｏ．２（１９８９）Ｐ．８５−８８ |
| 電気学会論文誌Ｃ，Ｖｏｌ．１０９−Ｃ，Ｎｏ．１（１９８９）Ｐ．２２−２６ |
Also Published As
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| JPH01177719A (en) | 1989-07-14 |
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